《数控技术主轴》PPT课件.ppt
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1、第三章第三章数控机床的总体布局与主运数控机床的总体布局与主运动部件动部件3-1数控机床的总体布局3-2对主传动系统的要求3-3主运动有级变速系统的设计3-4主运动无级变速系统的设计3-5主轴组件第三章第三章 数控机床的总体布局数控机床的总体布局与主运动部件与主运动部件对数控机床结构的要求对数控机床结构的要求1.提高机床的静、动刚度机床的整体刚度包括三部分:自自身身刚刚度度、接接触触刚刚度度和和局局部部刚刚度度,机床整体刚度取决于其中最薄弱的环节。2.减少机床的热变形热变形:因发热而造成的温差,使机床各部件在形状和位置上产生的(不同程度的)畸变。3.减少运动件的摩擦和消除传动间隙减少运动件的摩擦
2、和消除传动间隙4.提高机床的寿命和精度保持性(耐磨性)精度保持性:机床长期保持原始制造精度的能力。5.减少辅助时间,改善操作性第三章第三章数控机床的总体布局与主运数控机床的总体布局与主运动部件动部件3-1数控机床的总体布局数控机床的总体布局3-2对主传动系统的要求3-3主运动有级变速系统的设计3-4主运动无级变速系统的设计3-5主轴组件3-1 数控机床的总体布局数控机床的总体布局总总体体布布局局:确定机床各主要部件之间的相对位置关系以及它们之间所需的相对运动关系。布局的目目的的是按照简单、合理、经济的原则,寻求一种可能实现加工要求的最优方案,它与工件的加工工艺过程工艺过程有着密切的关系。首先要
3、确定加工对象和加工方法,而后考虑机床必须具备的几种运动和相应部件的布局与安排,部件之间的相互联系。一、影响数控机床总体布局的工艺因素一、影响数控机床总体布局的工艺因素(一一)表面形成方法对总体布局的影响表面形成方法对总体布局的影响加工不同形状的工件,需要不同的加工方法,从而设计不同型式的机床来完成。轴流式水轮机叶片的形状,是一个空间任意曲面,且无数学模型,轮廓曲线常用坐标点表示。1.加工方法的选择:加工方法的选择:若采用车削,则主运动速度很高。其它几个坐标的进给速度要与车削速度维持一定联系,进给驱动伺服系统的跟踪速度就要很快,目前不易解决。若采用磨削,磨削面积很大,砂轮磨损无一定规律,补偿较复
4、杂;另外频繁地更换砂轮对生产也不利。铣削加工方式设想铣刀为针状,则只需给定三个直线坐标运动,即可描绘出空间曲面。一般用球头铣刀加工。需要补偿调整,使程序编制趋于复杂;生产率较低,表面粗糙度高;刀具制造和刃磨均不方便。在加工面积较大的情况下,这种方案也不采用。若用端铣刀加工,生产率较高,表面粗糙度也较低;需增加两个摆角坐标,以保证铣刀轴线处处与被加工表面的法线重合,故机床必须具备五个坐标运动。在切削凹面过程中,铣刀刀尖旋转平面不得超出被加工平面曲率半径的二倍,以免发生干涉。2.主进给和工件安装位置的选择主进给和工件安装位置的选择主进给运动,应是获得轮廓线型的主要运动有两种可能性:1)采用回转运动
5、S为主进给运动与叶片图纸标注方法一致(采用圆柱坐标),不用坐标换算,程序编制较方便。进给较均匀,加工精度好和表面粗糙度较低,生产率也较高;2)直线运动X、Y为主进给运动,由两个直角坐标运动合成圆弧要做繁琐的坐标换算;进给速度的控制较复杂。空间任意曲面在机床上安装位置,应与图纸标注位置一致,否则,曲面上所有点的坐标均应换算。(二二)工序集中工序集中尽可能使运动分散些,以便于扩大工艺可能性。第三章第三章数控机床的总体布局与主运数控机床的总体布局与主运动部件动部件3-1数控机床的总体布局一、影响数控机床总体布局的工艺因素二、运动的分配与相应的部件布置二、运动的分配与相应的部件布置3-2对主传动系统的
6、要求3-3主运动有级变速系统的设计3-4主运动无级变速系统的设计3-5主轴组件二、运动的分配与相应的部件布置二、运动的分配与相应的部件布置运动分配决定了部件的布置。与下列因素有关:运动数目:决定于工件表面的形成运动运动性质被加工表面的部位结构因素使用要求工艺因素对运动分配的影响:定位面已定,一次安装完成全部加工。只加工顶面加工侧面加工顶面和侧面加工水轮机叶片,在采用端铣刀加工情况下,机床必须具备五个同时可控的坐标运动。在布局时遵循的原则原则是:获得较好的加工精度,较低的表面粗糙度和较高的生产率;转动坐标的摆动中心到刀具端面的距离不要过大,最好是能布局成摆动时只改变刀具轴线向量的方位,而不改变切
7、削点的坐标位置;工件尺寸与重量较大时,摆角进给运动由装有刀具的部件来完成,反之由装有工件的部件来完成;两个摆角坐标合成的矢量应能在半个空间范围的任意方位变动;由于摆动坐标带着工件和刀具摆动的结果,将使加工工件的尺寸范围有所减少,这一点也是在总体布局时需要考虑的问题。若确定主进给为回转运动形式,这五个运动是二个直线运动、三个回转运动。(一一)工工件件系系统统一一个个回回转转运运动动,刀刀具具系系统统两两个个直线和两个回转运动直线和两个回转运动1.双柱圆台式布局双柱圆台式布局优点优点:双柱框架和工件系统刚性较好且稳定;工件装卸方便;工作台作圆周进给,粗糙度较易保证;易于实现工件设计基准和安装基准重
8、合;扩大工艺可能性好;占地面积小。缺点:刀具系统结构复杂,刚性较差。2.端面车床式布局端面车床式布局特点:机床较稳定;能实现设计基准和安装基准重合;一次安装下能加工工件的正反面。工件系统刚度差;占地面积大;工件装卸不方便;而且机床扩大工艺可能性差。(二二)工工件件系系统统一一个个直直线线和和一一个个回回转转运运动动,刀刀具系统一个直线两个回转运动具系统一个直线两个回转运动单柱卧式镗床单柱卧式镗床式布局:式布局:缺点:刀具系统刚度差;立柱要加高,坐标的跟踪速度要增大;加工、装配、调试等都比较困难。优点:工件系统刚性好,比较稳固;可以实现工件设计基准与安装基准重合。第三章第三章数控机床的总体布局与
9、主运数控机床的总体布局与主运动部件动部件3-1数控机床的总体布局一、影响数控机床总体布局的工艺因素二、运动的分配与相应的部件布置三、数控机床总体布局应注意的问题三、数控机床总体布局应注意的问题3-2对主传动系统的要求3-3主运动有级变速系统的设计3-4主运动无级变速系统的设计3-5主轴组件三、数控机床总体布局应注意的问题三、数控机床总体布局应注意的问题(一一)保保证证机机床床具具有有高高精精度度、静静刚刚度度、抗抗振性和热稳定性振性和热稳定性机床的精精度度指的是机床在未未受受外外载载荷荷的条件下的原始精度原始精度。包括:几几何何精精度度机床在不运动或低速运动时的精度传传动动精精度度内内联联传传
10、动动链链两末端件之间的相对运动精度。运运动动精精度度机床在以工作状态的速度运动时的精度。定定位位精精度度机床的执行件在运运动动终终点点所达到的实际位置精度。(二二)数数控控机机床床的的布布局局应应保保证证高高效效率率,便便于于操操作作,调调整整和和维修维修1.高高生生产产率率:提高切削效率,减少辅助时间。2.便便于于操操作作、调调整整和和维维修修便于装卸较重工件(三三)数数控控机机床床的的布布局局要要注注意意提提高高综综合技术经济效果和适应工艺发展合技术经济效果和适应工艺发展1.提高综合技术经济效果提高综合技术经济效果制制造造厂厂的经济效益主要反映在机机床床成成本本上,要降低成本就应合理选择零
11、零件件的的材材料料,尽量使机床金金属属消消耗耗量量少少,机床结结构构工工艺艺性性好好,零零件件数数少少,研研制制、管管理理费费用低用低。机床使使用用厂厂的经济效益反映为机床的加加工工效效率率、可可靠靠性性。应注意减减少少能能源源消消耗耗,提高机床的机械效率提高机床的机械效率(摩损小)。2.适应工艺发展适应工艺发展纳入自动生产线或柔性制造系统中,因此,在布局上要考虑这一因素(工件输送、排屑)。第三章第三章数控机床的总体布局与主运数控机床的总体布局与主运动部件动部件3-1数控机床的总体布局一、影响数控机床总体布局的工艺因素二、运动的分配与相应的部件布置三、数控机床总体布局应注意的问题3-2对主传动
12、系统的要求对主传动系统的要求3-3主运动有级变速系统的设计3-4主运动无级变速系统的设计3-5主轴组件3-2 对主传动系统的要求对主传动系统的要求一、对主传动系统的要求:一、对主传动系统的要求:1.要求主轴驱动在尽可能大的调速范围内保持恒功率输出。即要求输出大的功率,又要求主轴结构简单。2.调速范围宽,且能无级调速。3.要求在主轴的两个转向中在任一个方向都可进行传动和减速。4.要求主轴与进给驱动实行同步控制,在加工中心上为了自动换刀还要求主轴能进行高精度停位控制;有的数控机床还要求主轴具有角度分度控制的功能。5.高精度与刚度。6.良好的抗振性和热稳定性。第三章第三章数控机床的总体布局与主运数控
13、机床的总体布局与主运动部件动部件3-1数控机床的总体布局一、影响数控机床总体布局的工艺因素二、运动的分配与相应的部件布置三、数控机床总体布局应注意的问题3-2对主传动系统的要求3-3主运动有级变速系统的设计主运动有级变速系统的设计3-4主运动无级变速系统的设计3-5主轴组件3-3 主运动有级变速系统的设计主运动有级变速系统的设计一般机床主轴转速应在某一范围(nminnmax)内变化,如果能够连续变换,即为无无级级变变速速;如果在最低转速与最高转速之间只能获得有限的若干级转速,则称为有级变速有级变速。一、转速数列一、转速数列主轴转速通常采用等比数列,即nj+1=nj等比数列任意两级转速的相对差值
14、相等对生产率的影响在转速范围内相同;更重要的是变速系统在结构上易于实现,而且经济合理。设主轴共有Z级转速,n1=nmin,nZ=nmax,公比为,则:n1=nminn2=n1=nminn3=n2=n12nZ=n1Z-1调速范围公比的选择原则为:1pbpcpm第三章第三章数控机床的总体布局与主运数控机床的总体布局与主运动部件动部件3-1数控机床的总体布局3-2对主传动系统的要求3-3主运动有级变速系统的设计一、转速数列二、有级变速系统的基本规律三、结构网和结构式四、变速系统的设计四、变速系统的设计1.变速组及传动付数的确定(前多后少)2.基本组和扩大组的确定基本组和扩大组的确定(前密后疏前密后疏
15、)12=31*23*2612=31*26*2312=32*21*2612=32*26*2112=34*21*222.基本组和扩大组的确定基本组和扩大组的确定(前密后疏前密后疏)基本组与扩大组的几种不同排列方案:12=34*22*21各变速组的扩大顺序应尽可能与运动传递顺序相一致:xaxbxcxj各变速组的变速范围应逐渐增大,在转速图或结构网中表现出前面变速组传动比的连线分布较密,而后面变速组传动比连线的分布较疏松,即所谓“前前紧紧后后松松”的原则。第三章第三章数控机床的总体布局与主运数控机床的总体布局与主运动部件动部件3-1数控机床的总体布局3-2对主传动系统的要求3-3主运动有级变速系统的设
16、计一、转速数列二、有级变速系统的基本规律三、结构网和结构式四、变速系统的设计四、变速系统的设计1.变速组及传动付数的确定(前多后少)2.基本组和扩大组的确定(前密后疏)3.变速组中的极限传动比及变速范围变速组中的极限传动比及变速范围3.变速组中的极限传动比及变速范围变速组中的极限传动比及变速范围设计机床传动系统时要考虑两种情况:降降速速传动应避免被动齿轮尺寸过大,而增加变速箱的径向尺寸,一般限制降速传动比的最小值升升速速传动应避免扩大传动误差和减少振动,一般限制直齿轮升速传动比的最大值umax2,斜齿轮传动比较平稳,可取umax,主传动各变速组的最大变速范围为:一般在设计机床传动系统时,任何一
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